DE3147888A1

DE3147888A1 - Electrical capacitor and method of producing it

Info

Publication number: DE3147888A1
Application number: DE19813147888
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. 8672 Selb Leupold
Original assignee: Draloric Electronic GmbH
Current assignee: Draloric Electronic GmbH
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1983-06-16

Abstract

The invention relates to an electrical capacitor whose ceramic body (1) has, in particular, the form of a porous cylinder having a multiplicity of channels (12) extending axially alongside one another in parallel. The outer and inner surfaces of the ceramic porous body (1), which is preferably composed of strontium titanate, are doped using an impregnating solution of bismuth nitrate and doping additives and by a defined firing so as to produce a surface barrier layer which acts as a dielectric. The reduced core is brought out at an end face of the ceramic body (1) and here contact is made to it without a barrier layer by means of a metal layer (4) which is spaced apart from a second metal layer (2) on the surface of the ceramic body (1) so that the two metal layers (2 and 4) form the coatings of the capacitor which has a very high capacitance per unit volume. <IMAGE>

Description

Elektrischer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung Electric capacitor and process for its manufacture

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an electrical capacitor according to the preamble of claim 1, as well as a method for its production.

Ein derartiger Kondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung ist aus der DE-AS 23 20 482 bekannt. Dort besteht der Kondensator aus einer Reduktionsschicht und einer diese umgebenden Reoxydationsschicht, wobei die Reduktionsschicht an eine Oberfläche des scheibenförmigen keramischen Kondensatorkörpers herausreicht und hier mit einem Anschlußbelag kontaktiert ist, während der zweite Kondensatoranschluß an dem Metallbelag befestigt ist, welcher die Reoxydationsschicht bis in die Nähe der Oberfläche umschließt, an welcher die Reduktionsschicht herausreicht, wobei die Reduktionsschicht nur an einen Teil der Mantelfläche des scheibenförmigen Kondensatorkörpers herausreicht und dort mit einem sperrschichtfreien Elektrodenbelag versehen ist, während der zweite Elektrodenbelag mindestens beide Hauptflächen des Kondensatorkörpers bis auf einen belagfreien Bereich, der parallel zur sperrschichtfreien Belagfläche verläuft, bedeckt. Bei diesem bekannten Kondensator handelt es sich um einen scheibenförmigen Kondensator mit einem dichten Keramikkörper, so daß seine Kapazität von der Belagfläche auf der reoxydierten, glatten Oberflächenschicht abhängt.Such a capacitor and a method for its manufacture is known from DE-AS 23 20 482. There the capacitor consists of a reduction layer and a reoxidation layer surrounding the latter, the reduction layer being attached to a Surface of the disc-shaped ceramic capacitor body protrudes and is contacted here with a connection pad, while the second capacitor connection is attached to the metal covering, which the reoxidation layer up to the vicinity encloses the surface at which the reduction layer extends, wherein the reduction layer only on part of the lateral surface of the disk-shaped capacitor body reaches out and is provided there with a barrier layer-free electrode coating, while the second electrode coating at least both main surfaces of the capacitor body except for a pavement-free area that is parallel to the pavement surface free of barrier layers runs, covered. This known capacitor is disk-shaped Capacitor with a dense ceramic body, so that its capacitance depends on the pad surface depends on the reoxidized, smooth surface layer.

Aus der DE-OS 27 47 552 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators bekannt, der aus einem zylindrischen keramischen Körper besteht, dessen reduzierter Kern mit einer Anschlußkappe und dessen zweite Anschlußkappe mit einer auf der Reoxydationsschicht liegenden Metallschicht verbunden ist. Auch dieser Kondensator besitzt einen dichtgesinterten keramischen Körper ohne offene Poren, so daß sein Kapazitätswert ausschließlich von der Größe des auf der Reoxydationsschicht befindlichen Metallbelages und von der Dicke der Reoxydationsschicht abhängig ist.From DE-OS 27 47 552 a method for producing an electrical Known capacitor, which consists of a cylindrical ceramic body, the reduced core with a connection cap and its second connection cap with a is connected to the metal layer lying on the reoxidation layer. This capacitor too has a densely sintered ceramic body without open pores, so that its The capacity value depends exclusively on the size of the surface on the reoxidation layer Metal coating and depends on the thickness of the reoxidation layer.

Ein elektrischer Kondensator mit einem aus einer keramischen Masse bestehenden Dielektrikum, das als tragender Körper für in Form dünner leitender Schichten aufgebrachte Belegungen ausgebildet ist, wohe jede der beiden Belegungen mit jeweils einem von an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Keramikkörpers vorgesehenen Kontaktierungsbereichen verbunden ist, ist aus der DE-OS 25 59 602 bekannt. Dort ist der tragende Körper als Rohrelement ausgebildet, das aus einer halbleitenden Keramikmasse besteht. Die Beläge bestehen aus sperrschichtbildenden MetalIen und sind so angeordnet, daß sich eine Serienschaltung zweier Teilkapazitäten und damit ein relativ niedriger Kapazitätswert ergibt.An electrical capacitor with one made of a ceramic mass existing dielectric, which is used as a supporting body for in the form of thin conductive Layers applied coverings is formed, where each of the two Assignments each with one of the opposite end faces of the ceramic body provided contacting areas is connected, is from DE-OS 25 59 602 known. There the supporting body is designed as a tubular element that consists of a semiconducting ceramic mass. The coverings consist of barrier layer forming Metals and are arranged in such a way that two partial capacitances are connected in series and thus gives a relatively low capacitance value.

Ein Rohrkondensator mit einem Belag auf der Innenmantelfläche und einem Belag auf der Außenmantelfläche eines dichtgesinterten, eine Oberflächenreoxydationssperrschicht besitzenden reduzierten Keramikkörpers, ist aus der DE-OS 1464695 bekannt. Auch dort handelt es sich um eine Serienschaltung zweier Teilkapazitäten und einen dadurch bedingten niedrigen Kapazitätswert.A tubular capacitor with a coating on the inner surface and a coating on the outer surface of a densely sintered, a surface reoxidation barrier layer owned reduced ceramic body is known from DE-OS 1464695. Even there it is a series connection of two partial capacities and one as a result conditional low capacity value.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kondensator der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zur Verfügung zu stellen, der eine sehr hohe Kapazität pro Vulumeneinheit besitzt, was eine sehr hohe Scheindielektrizitätskonstante bedeutet und Verfahren anzugeben, mitsdenen ein derartiger Kondensator einfach und kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object of an electrical capacitor to provide the type mentioned in the preamble of claim 1, the has a very high capacity per unit of volumen, which means a very high apparent dielectric constant means and to indicate methods with which such a capacitor is simple and Can be produced inexpensively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part Part of claim 1 solved. Further developments of the invention are in the subclaims marked.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein elektrischer Kondensator vorzugsweise zylindrischer Gestalt zur Verfügung steht, der eine sehr hohe Kapazität pro Volumeneinheit besitzt, der mit Anschlußkappen versehen sein kann und der insbesondere ohne größeren Aufwand sehr preisgünstig hergestellt werden kann.The advantages achieved with the invention are in particular: that an electrical capacitor is preferably available in a cylindrical shape stands, which has a very high capacity per unit volume, the one with connection caps can be provided and which, in particular, is very inexpensive without great effort can be produced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in-der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine stark vergrößerte, räumliche Darstellung eines röhrchenförmigen Kondensators, Fig. 2 einen teilweise geschnittenen röhrchenförmigen Kondensator und Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend dem Detail A aus Fig.2.An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a greatly enlarged, three-dimensional representation of a tubular Capacitor, Fig. 2 shows a partially sectioned tubular Capacitor and FIG. 3 shows an enlarged section corresponding to detail A. Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Körper 1, der durch Strangpressen aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Strontiumtitanat mit Beimengungen hergestellt wird. Dabei dienen die Beimengungen in Form von beispielsweise Graphitkügelchen dazu, nach der Sinterung einen porösen Körper 1 zu erhalten. Zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche und zur leichteren Herstellung der Offenporigkeit des keramischen Körpers 1 sind über die Querschnittfläche nebeneinander parallelverlaufende Kanäle 12 vorhanden. Der poröse, feste Körper 1 wird in reduzierter Atmosphäre behandelt, so daß eine gute elektrische Leitfähigkeit erzielt wird. Der durchreduzierte, leitende Körper 1 wird anschließend mit Wismut in Form eines mit Kunststoff beladenen Wismutoxides mit Dotierungszusätzen oder mit Mangan, bzw. Kupfer vollständig imprägniert. Dabei dringt diese Lösung in alle offenen Poren im Körper 1 ein. Nach einem Trocknungsvorgang erfolgt in einem gezielten Temperatur-Zeit-Prozeß ein oxydierender Brand, derart, daß die Dotierungszusätze der Mismutnitratlösung in die inneren und äußeren Oberflächenschichten des Keramikkörpers 1 eindringen und unter dieser Oberfläche eine Sperrschicht ausbildet, die als Dielektrikum des Kondensators wirksam wird. Im folgenden Arbeitsschritt wird der so behandelte Keramikkörper 1 mit einer seiner beiden Stirnflächen in eine Harzimprägnierung eingetaucht, so daß die dieser Stirnfläche nahen Bereiche mit ihren Poren 11 mit Harz verschlossen bzw. verdeckt sind. Nach einer chemischen Metallisierung, bei der mit Ausnahme der durch das Harz bedeckten Oberfläche eine Metallschicht 2 gebildet wird, die auch die offenen Poren 11 bedeckt, und welche den einen Belag des Kondensators bildet, wird der keramische Körper 1 im Bereich der Harzimprägniering 3 durchschnitten, so daß der reduzierte, leitende Kern, der den eigentlichen Gegenbelag des Kondensators bildet, an der durchschnittenen Stirnfläche freiliegt. Der reduzierte Kern wird an dieser Stirnfläche mit einer sperrschichtffeien Metallschicht 4 leitend verbunden, die beispielsweise durch Kathodenzerstäubung hergestellt wird. Über jeder der beiden Stirnflächen kann eine Anschlußkappe mit oder ohne Anschlußdraht auf den keramischen Körper 1 aufgepreßt werden, die mit je einer der beiden Metallschichten 2 oder 4 kontaktiert ist. Durch den eine Vielzahl Kanäle 12 besitz@@@@ keramischen Korper 1 hat dieser @@ben einer schr großen Ober-@@@## @@@@ eine @@@@ testigkeil. bei rel@tiv niedrig@m Eigengewicht.Fig. 1 shows a cylindrical body 1, which by extrusion made of a ceramic material, preferably made of strontium titanate with admixtures will be produced. The admixtures are used in the form of, for example, graphite spheres to obtain a porous body 1 after sintering. For further enlargement the surface and for easier production of the open pores of the ceramic Body 1 are channels running parallel to one another over the cross-sectional area 12 available. The porous, solid body 1 is treated in a reduced atmosphere, so that good electrical conductivity is achieved. The reduced, leading one Body 1 is then coated with bismuth in the form of a bismuth oxide loaded with plastic completely impregnated with doping additives or with manganese or copper. Included this solution penetrates into all open pores in the body 1. After a drying process an oxidizing fire occurs in a targeted temperature-time process, in such a way that that the doping additives of the bismuth nitrate solution in the inner and outer surface layers penetrate the ceramic body 1 and form a barrier layer under this surface, which acts as the dielectric of the capacitor. In the following step the so treated ceramic body 1 is with one of its two end faces in a Resin impregnation immersed, so that the areas close to this end face with their pores 11 are closed or covered with resin. After chemical metallization, with the exception of the surface covered by the resin, a metal layer 2 is formed, which also covers the open pores 11, and which one covering of the capacitor forms, the ceramic body 1 is impregnated in the area of the resin 3 cut through, so that the reduced, conductive core, which is the actual counter-coating of the capacitor forms, is exposed at the cut end face. The reduced one The core becomes conductive at this end face with a metal layer 4 free of a barrier layer connected, which is produced for example by sputtering. Above everyone the two end faces can have a connection cap with or without a connecting wire the ceramic body 1 are pressed on, each with one of the two metal layers 2 or 4 is contacted. Through the large number of channels 12 possession@@@@ ceramic body 1 has this @@ ben a sloping large upper - @@@ ## @@@@ a @@@@ testig wedge. with relatively low weight.

Fig. 2 zeigt einen stranggezogenen, keramischen Körper 1 mit einerAnzahl nche@@ander parallelverlaufender kandle 12. Der reduzierte und definiert reoxydierte keramische Körper 1 ist im Bercich der einen Stirnfläche mit kunsthar@ 3 imprägniert und an seiner nichlimprägnierlen, freien inneren und äußeron Oberilache auf chemischem Weqe mit einer Metallschicht. überzogen worden, die don einen Belag des iniolge der relativ dminen R@oxydationsdieleklrikum-@@@@@ eine schr hohe spezifische kapazität besitzenden kondensators bildet. Durch the senkrcht zur Längsachse des keramischen Korpers 1 strichpunktiert anqedeutete linie wird der keramische Körper 1 durch die Barzimprägnierung 3 h@@@nich geschinlten, so daß der @@dnzierte k@rn, der den Gegenbolag des @on@@@@@@ bi@@@@@, @n d@@@@@ @@ @@@@@ @@@@ zu liegen kom@@ und mit einer @@@@chichllr@@en Metallisterung bedeckt. werden kann.Fig. 2 shows an extruded ceramic body 1 with a number nche @@ anders parallel kandle 12. The reduced and defined reoxidized Ceramic body 1 is impregnated with synthetic resin @ 3 in the area of one end face and on its non-impregnated, free inner and outer surface on chemical Weqe with a metal layer. been coated, which don a coating of the iniolge relatively dmine R @ oxidationsdieleklrikum - @@@@@ a very high specific capacity owning capacitor forms. Through the perpendicular to the longitudinal axis of the ceramic Body 1 dash-dotted line indicated the ceramic body 1 through the Barz impregnation 3 h @@@ not peeled, so that the @@ dnzierte k @ rn, the counterbolag des @on @@@@@@ bi @@@@@, @n d @@@@@ @@ @@@@@ @@@@ to lie kom @@ and with a @@@@ chichllr @@ en Metallisterung covered. can be.

l@g. 3 verdeutlicht schematisch die ofienen Poren 11 in einem keramischen korpor 1. Der keramische korper 1 besitzt eine reduzierten kern und unter seiner gesamten Oberfläche cine slrichliert dargestellte Roxydationsschicht. die als Dielekirikum des kondensalors wirkt. @ine in einem chemischen Ver-@@@@en autgebr@chle Melallschicht 2. bed@@kt mit Ausnahme der durch Kunsthmry 3 impr@gnierten Ber@iche sowo@@ die dußere Oberllache des keramischen Körpers 1 als auch dessen Längskanäle und die oftenen Poren 11. Insbesondere durch die olienen Poren 11 ergibt sich eine schr große oberfläche, welche mit der Reoxydations@@hicht und dem r@@@@@ierlen Korn @unktionelleine @@@ hohe @pe-@@@@@che k@@@@at @@@@@ er@@n@h@@@@@@@@ Ko@@@@@@ @@@@.l @ g. 3 illustrates schematically the open pores 11 in a ceramic corpor 1. The ceramic body 1 has a reduced core and under it The entire surface has a roxydation layer shown as a dashed line. as a Dielekirikum of the condenser is effective. @ine in a chemical compound 2. bed @@ kt with the exception of the Ber @ iche sowo @@ die impr @ gniert by Kunsthmry 3 dussere Oberllache of the ceramic body 1 as well as its longitudinal channels and the Open pores 11. In particular, the oil pores 11 result in a sharp large surface, which with the Reoxidations @@ hicht and the r @@@@@ ierlen Korn @functionelleine @@@ high @pe - @@@@@ che k @@@@ at @@@@@ er @@ n @ h @@@@@@@@ Ko @@@@@@ @@@@.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C. H E 1Electric capacitor, whose Dielectric made of a reoxidized surface layer of a reduced ceramic Body consists, and one of which is covered by a barrier layer-free metal layer on the reduced core of the ceramic body and its second coating a metal layer is formed on the surface of the ceramic body, thereby it is noted that the surface of the ceramic body (1) passes through the ceramic body (1) penetrating open pores (11) and / or through channels (12) is very much enlarged.

2. Electrical capacitor according to claim 1, characterized in that that the ceramic body (1) is cylindrical and has a plurality of the ceramic body (1) has axially penetrating channels (12).

3. Electrical capacitor according to claim 1 or 2, characterized in that that the channels (12) are arranged concentrically in the cylindrical ceramic body (1) are.

4. Electrical capacitor according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the metal layer (2) on the inner and outer surface of the ceramic body (1) vön the barrier layer-free metal layer (4) on the reduced core of the ceramic body (1) separated by an impregnation layer (3) is.

5. Method of manufacturing an electrical capacitor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ceramic body (1) is formed from strontium titanate and sintered in such a way that a large Porosity results in the sintered body (1) being reduced and containing a bismuth nitrate solution with additions of manganese, copper is completely impregnated that after a drying process an oxidizing fire takes place in a defined temperature-time curve, in which the surface barrier layer effective as a dielectric is formed that the ceramic body impregnated on one side with a layer (3) of synthetic resin (1) Chemically metallized on its entire free inner and outer surface is that the ceramic body (1) in the area of the impregnation layer (3) made of synthetic resin is severed so that the reduced core to the surface of the sintered ceramic Body (1) protrudes, and that this surface with a barrier layer-free metal layer (4) is covered.

6. The method according to claim 5, characterized in that the ceramic Body (1) formed by extrusion and that the temperature-time curve of the oxidizing Brandes is set so that the components of the bismuth nitrate solution in diffuse the ceramic body (1) and form a surface barrier layer.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the extruded, sintered ceramic body (1) by breaking or cutting in the Area of the impregnation layer (3) made of synthetic resin applied to one end face is severed parallel to this face.

8. The method according to claim 5 to 7, characterized in that the Reduced core protruding on one end face free of a barrier layer due to cathode sputtering is covered with a metal layer (4).